FR2587040A1 - Appareil de croissance epitaxiale par faisceaux moleculaires - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DE CROISSANCE EPITAXIALE PAR FAISCEAUX MOLECULAIRES. L'APPAREIL COMPREND UNE CHAMBRE A VIDE 1, UN SUPPORT 3 DE PORTE-ECHANTILLON DISPOSE DE MANIERE A TOURNER AUTOUR DE SON AXE 4 A L'INTERIEUR DE LADITE CHAMBRE A VIDE 1, AU MOINS UN PORTE-ECHANTILLON 6 SUPPORTE PAR LEDIT SUPPORT 3 ET PLUSIEURS GROUPES 9, 10 DE SOURCES 11, 12, 13, 14, 15 DE FAISCEAUX MOLECULAIRES POUR ASSURER LA CROISSANCE EPITAXIALE DE CRISTAUX SEMI-CONDUCTEURS SUR UN SUBSTRAT SUPPORTE PAR LEDIT PORTE-ECHANTILLON 6, DES FAISCEAUX MOLECULAIRES PROVENANT DE CHACUN DES GROUPES 9, 10 DE SOURCES DEFAISCEAUX MOLECULAIRES 11, 12, 13, 14, 15 CONVERGEANT EN AU MOINS DEUX POINTS 16, 17 QUI SONT PLACES SUR LE TRAJET ORBITAL DU PORTE-ECHANTILLON 6. APPLICATION A LA FABRICATION DE COMPOSANTS SEMI-CONDUCTEURS.
Description
258704O
La présente invention concerne un appareil pour la formation d'une structure supra-réticulée, en utilisant une technique de croissance épitaxiale par
faisceaux moléculaires.
Des appareils de croissance épitaxiale par faisceaux moléculaires sont appropriés pour la formation
d'une hétérojonction dans l'interface entre deux semi-
conducteurs différents, la production de couches semi-
conductrices extrêmement minces et/ou la production d'une structure supraréticulée, puisque ces produits peuvent être obtenus avec un contrôle excellent de composition et un
contrôle excellent d'épaisseur de couche.
Ces appareils ont permis de réaliser des dispositifs nouveaux tels que des transistors à grande
mobilité d'électrons et des lasers à puits quantique.
Une structure supra-réticulée obtenue à
partir de deux ou plusieurs types de matières semi-conductri-
ces au moyen de ces appareils de croissance épitaxiale par
faisceaux moléculaires classiques est composée d'une plurali-
té de couches minces ayant chacune une épaisseur rentrant dans la gamme comprise entre plusieurs angstroms et plusieurs centaines d'angstroms. Du fait de cette disposition nouvelle, on s'attend à ce que la structure supra-réticulée permette
de créer un dispositif remplissant une nouvelle fonction.
Pour former une hétérojonction dans l'interface existant les couches semiconductrices en utilisant une épitaxie en phase liquide, les constantes de réseau de ces
couches semi-conductrices doivent être mutuellement adaptées.
Au contraire, avec une structure supra-réticulée produite par épitaxie par faisceaux moléculaires, bien qu'il existe entre les couches semiconductrices un défaut d'adaptation de réseau pouvant atteindre plusieurs unités de pourcentage, ces couches semi-conductrices peuvent être formées par
croissance épitaxiale. De tels types de structures supra-
r-e:icu:ees ont été étudiés comme une structure supra-
rdticuiie à couches soumises à contraintes. Le fait que la iifm'ite admissible de défaut d'adaptation de réseau dans une struHcture supraréticulée produite par épitaxie par faisceaux
moléculaires soit élevée peut indiquer que la limite admissi-
ble de la différence de composition créée entre les couches semiconductrices constituant la structure supra-réticulée
est également grande.
Pour produire une structure supra-réticulée en utilisant un appareil classique de croissance épitaxiale par faisceaux moléculaires, des obturateurs placés en avant des
sources de faisceaux moléculaires de matières semi-conductri-
ces doivent être ouverts et fermés de façon répétée. En conséquence, quand une structure supra-réticulée ayant une épaisseur de plusieurs milliers d'angstroms est formée, l'ouverture et la fermeture des obturateurs doivent être répétées plusieurs centaines de fois, ce qui cause une perte de vide dans l'appareil de croissance épitaxiale par faisceaux moléculaires, dont le volume intérieur doit être soumis à un
vide extrêmement poussé.
L'appareil conforme à cette invention, qui remédie aux inconvénients et déficiences précités, et à de nombreux autres, de l'art antérieur, comprend une chambre à vide, un support de porte-échantillon disposé de manière à tourner autour de son axe à l'intérieur de la chambre à vide, au moins un porte-échantillon supporté sur ledit support de porteéchantillon, et une pluralité de groupes de sources de faisceaux moléculaires pour la croissance épitaxiale par faisceaux moléculaires de cristaux semi-conducteurs sur un substrat qui est supporté sur ledit porte-échantillon, appareil dans lequel des faisceaux moléculaires provenant de chacun des groupes de sources de faisceaux moléculaires convergent en au moins deux points qui sont positionnés sur
le trajet orbital dudit porte-échantillon.
Dans une réalisation préférée, l'angle suivant lequel chacun des faisceaux moléculaires arrive sur le substrat supporté sur ledit échantillon est réglé à une valeur sélectionnée et/ou une plaque de protection est disposée entre les points de convergence, en empêchant ainsi une fuite de faisceaux moléculaires provenant d'un groupe de sources
de faisceaux moléculaires en direction du point de convergen-
ce correspondant à des faisceaux moléculaires appartenant à un
25870Q40
autre groupe de sources de faisceaux moléculaires.
En conséquence, l'invention décrite ici permet d'atteindre les objectifs consistant (1) à créer un appareil qui produise une structure supraréticulée composée d'une S pluralité de couches minces formées d'une diversité de matières semi-conductrices sans répétition de l'ouverture et de la fermeture des obturateurs des sources de faisceaux moléculaires, en empêchant ainsi la fuite de vide dans
l'appareil pendant la production de la structure supra-
réticulée; et (2) créer un appareil qui puisse produire une structure supra-réticulée sur chacun des substrats d'un
ensemble en même temps.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la
description, donnée à titre d'exemple en référence au dessin
unique annexé dans lequel:
la figure 1 ast une vue en coupe froqtale moqtrant un appa-
reil de croissance épitaxiale par faisceaux moléculaires
conforme i cette invention.
20. La figure 1 représente un appareil de croissance épitaxiale par faisceaux moléculaires conforme à cette invention, qui comprend une chambre à vide 1, un support 3 de porte-échantillon disposé de manière à tourner autour de son axe 4 à l'intérieur de la chambre à vide 1, au moins un porte-échantillon 6 supporté par ledit support 3, un groupe de sources de faisceaux.moléculaires 9 pour la croissance de, par exemple, cristaux du GaAs sur un substrat aupporti par le porte-échantillon 6, et un groupe de sources
de faisceaux mol4culafres 10 pour la croissance de, par exea-
ple, cristaux de AlGaAs aur le substrat 5.
La chambre à vide 1- est soumise a un vide extrêmement poussé au moyen d'un'système générateur de vide n non représenté), Pendant la croissance d'une structure supra-réticulée, de l'azote liquide s'écoule dans un écran d'azote liquide 2 disposé aur la surface intérieure de la chambre à vide 1 de telle sorte que des gaz contaminants tels que du CO, etc., libérés pendant la croissance de la structure supra-réticulée, puissent être efficacement absôrbés par l'écran d'azote liquide 2, en maintenant ainsi la propreté de l'atmosphère de croissance à l'intérieur de la chambre à vide 1. Le support 3 du porte-échantillon est maintenu par l'axe 4 à l'intérieur de la chambre à vide 1 de manière à tourner autour de l'axe 4 sous l'impulsion d'* moyen d'entraînement en rotation ( non représenté) qui est relié à l'axe 4. Ainsi, le porte-échantillon 6 sur lequel le substrat 5, formé par exemple de GaAs est supporté par une matière de brasage comme de l'indium, tourne autour de l'axe
4 lors de la rotation du support 3 de porte-échantillon.
Un dispositif de chauffage 7 servant à chauffer le substrat 5 et un thermocouple 8 servant à contrôler la température du substrat 5 sont placés en arrière du support de porte-échantillon 3. Les groupes de sources de faisceaux moléculaires 9 et 10 qui sont utilisés respectivement pour la croissance de cristaux de GaAs et la croissance de cristaux de AlGaAs sont disposés, pour former une structure supra- réticulée de GaAs-AlGaAs Sur le substrat , en avant du support 3 de porte- échantillon. Le groupe de sources de faisceaux moléculaires 9 est composé d'une source 11 de faisceaux moléculaires de gallium et d'une source 12 de faisceaux moléculaires d'arsenic. Le groupe 10 de sources de faisceaux moléculaires est composé d'une source 13 de faisceaux moléculaires de gallium, d'une source 14 de faisceaux moléculaires d'aluminium et d'une source 15 de faisceaux moléculaires d'arsenic. Les faisceaux moléculaires provenant de la source 11 de faisceaux moléculaires de
gallium et de la source 12 de faisceaux moléculaires d'arse-
nic dans le groupe 9 convergent en un point de convergence
16 qui est placé sur le trajet orbital du porte-échantillon 6.
Les faisceaux moléculaires provenant de la source 13 de faisceaux moléculaires de gallium, de la source 14 de faisceaux moléculaires d'aluminium et de la source 15 de
faisceaux moléculaires d'arsenic dans le groupe 10 conver-
gent en un point de convergence 17 qui est positionné sur le
trajet orbital du porte-échantillon 6.
Une structure supra-réticulée de GaAs-AlGaAs peut être formée sur le substrat de GaAs par utilisation de l'appareil mentionne ci-dessus de la façon suivante: Lorsque le support 3 de porte-échantillon tourne autour de
l'axe 4 sous l'impulsion d'un moyen d'entraînement en rota-
tion relié à l'axe 4, le porte-échantillon 6 tourne autour de l'axe 4 de sorte que le substrat 5 en GaAs supporté par le porte-échantillon 6 est irradié à la fois par le faisceau moléculaire de gallium et le faisceau moléculaire d'arsenic provenant du groupe 9 de sources de faisceaux moléculaires à chaque fois que le substrat de GaAs vient se placer au point 16 sur le trajet orbital du porte-échantillon 6, et en outre le substrat en GaAs 5 est irradié par un faisceau moléculaire d'aluminium, un faisceau moléculaire de gallium et un faisceau moléculaire d'arsenic provenant du groupe 10 à chaque fois que le substrat en GaAs 5 est
positionné au point 17 sur le trajet orbital du porte-
échantillon 6, ce qui se traduit par la formation d'une structure supraréticulée de GaAs-AlGaAs sur le substrat 5
en GaAs.
Lorsqu'il se produit une grosse fuite de faisceaux moléculaires de gallium depuis la source 11 de
faisceaux moléculaires de gallium jusqu'au point de conver-
gence 17 et/ou une grosse fuite de faisceaux moléculaires de
gallium et de faisceaux moléculaires d'aluminium respective-
ment depuis la source 13 de faisceaux moléculaires de gallium et depuis la source 14 de faisceaux moléculaires d'aluminium jusqu'au point de convergence 16, il n'est pas possible de produire la structure supraréticulée envisagée. Pour réduire au minimum les fuites de faisceaux moléculaires, l'angle d'incidence de chaque faisceau moléculaire sur le substrat doit être réduit à une valeur sélectionnée. En outre, lorsqu'une plaque de protection 18 est placée entre les points de convergence 16 et 17, on peut efficacement
empêcher une fuite de faisceaux moléculaires.
Lorsqu'une pluralité de porte-échantillons 6 sont disposés sur le support 3, une pluralité de substrats en GaAs peuvent être supportés sur les porte-échantillons correspondants 6 de manière à pouvoir former dans un seul
cycle une pluralité de pastilles à structure supra-réticulée.
Pour utiliser cet appareil de la même manière que dans un appareil classique de croissance épitaxiale par faisceaux moléculaires, des obturateurs à l'aide desquels l'irradiation
de chacun des faisceaux moléculaires est supprimée ou autori-
sée peuvent être positionnés devant chacune des sources de
faisceaux moléculaires.
Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variations accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter
pour cela de l'esprit de l'invention.
Claims (3)
1. Appareil de croissance épitaxiale par faisceaux moléculaires, comprenant une chambre à vide (1), un support (3) de porte-échantillon disposé de manière à tourner autour de son axe (4) à l'intérieur de ladite chambre à vide (1), au moins un porte-échantillon (6) supporté par ledit support (3), et plusieurs groupes (9, 10) de sources de faisceaux moléculaires (11, 12; 13, 14, 15) pour assurer la croissance épitaxiale par faisceaux moléculaires de cristaux semi-conducteurs sur un substrat qui est supporté par ledit porte-échantillon (6), caractérisé en ce que des faisceaux moléculaires provenant de chacun des groupes (9, 10) de sources de faisceaux moléculaires (11, 12; 13, 14, 15) convergent en au moins deux points (16, 17) qui sont placés sur le trajet orbital dudit porte-échantillon (6).
2. Appareil de croissance épitaxiale par faisceaux moléculaires selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle selon lequel chacun des faisceaux moléculaires arrive sur le substrat supporté par ledit porte-échantillon (6) est réglé à une valeur sélectionnée, en réduisant ainsi au minimum une fuite de faisceaux moléculaires depuis un groupe (9) de sources (11, 12) de faisceaux moléculaires vers le point de convergence (17) correspondant à des faisceaux moléculaires de l'autre groupe (10) de sources
(13, 14, 15) de faisceaux moléculaires.
3. Appareil de croissance épitaxiale par faisceaux
moléculaires selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé
en ce qu'une plaque de protection (18) est disposée entre les points de convergence (16, 17), en empêchant ainsi une fuite de faisceaux mdéculaires depuis un groupe (9) de sources
(11, 12) de faisceaux moléculaires vers le point de conver-
gence (17) correspondant à des faisceaux moléculaires de l'autre groupe (O10) de sources (13, 14, 15) de faisceaux
moléculaires.
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